我國科學(xué)家在集成量子光源領(lǐng)域取得重大突破

  環(huán)球網(wǎng)   2024-08-24 15:54:25

【環(huán)球網(wǎng)科技綜合報(bào)道】8月24日消息，深圳國際量子研究院的研究團(tuán)隊(duì)宣布，他們基于可工業(yè)級量產(chǎn)的超低損耗氮化硅波導(dǎo)，成功構(gòu)建了一種新型集成量子光源，該光源產(chǎn)生的光子對線寬首次達(dá)到原子躍遷線量級，且其亮度刷新了硅基集成光學(xué)平臺(tái)的最佳紀(jì)錄。這一成果標(biāo)志著我國在量子信息技術(shù)領(lǐng)域邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

官網(wǎng)截圖

據(jù)深圳國際量子研究院發(fā)布的消息，該研究團(tuán)隊(duì)由劉駿秋研究員領(lǐng)導(dǎo)，他們利用超高品質(zhì)因子微腔，通過腔內(nèi)自發(fā)四波混頻效應(yīng)，制備出了線寬低至25.9 MHz的光子對。這是首次在芯片集成窄線寬量子光源中達(dá)到原子躍遷線量級，對于量子通信和量子計(jì)算等領(lǐng)域具有重要意義。

光子由于其極佳的量子相干性，能夠在常溫下有效抵抗外界環(huán)境擾動(dòng)，因此成為量子信息最重要的載體之一。然而，傳統(tǒng)的大規(guī)模光量子信息處理系統(tǒng)大多基于自由空間光學(xué)或光纖光學(xué)構(gòu)建，其可擴(kuò)展性面臨較大挑戰(zhàn)。近年來，基于光芯片的光量子信息處理逐漸進(jìn)入人們的視野，但硅波導(dǎo)的高損耗問題限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。

劉駿秋研究團(tuán)隊(duì)通過引入氮化硅材料，成功解決了這一難題。氮化硅具有從紫外到中紅外的光透明區(qū)間、在通訊波長無雙光子吸收以及合適的Kerr非線性等優(yōu)良光學(xué)特性。更重要的是，氮化硅光芯片的加工能夠完全兼容當(dāng)下標(biāo)準(zhǔn)CMOS硅芯片工藝，實(shí)現(xiàn)了低至0.01分貝每厘米的線性損耗，為大規(guī)模集成光量子信息處理提供了可能。

此次研究中，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的超低損耗氮化硅芯片在5 mm×5 mm的尺寸上集成了超過30個(gè)微腔，基于6寸晶圓，在一次流片中可以接近100%的良率得到超過300片這樣的芯片。這不僅展示了氮化硅材料在集成量子光源構(gòu)建中的巨大潛力，也為未來的大規(guī)模生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

該集成量子光源的線寬與諸多原子躍遷線匹配，使得片上緊湊高效的光子-原子界面構(gòu)建成為可能，對基于量子中繼器的量子互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模部署具有重要意義。此外，該光源的亮度達(dá)到了1.17×109 Hz/mW2/GHz，為目前硅基集成光源的最高紀(jì)錄。基于此光源構(gòu)建的預(yù)報(bào)單光子源二階關(guān)聯(lián)低至0.0037，能量-時(shí)間糾纏態(tài)干涉可見度達(dá)到0.973，均達(dá)到目前芯片集成同類光源最優(yōu)水平。

責(zé)編：李傳新

一審：李傳新

二審：劉文韜

三審：楊又華

來源：環(huán)球網(wǎng)

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